Signale der Schwerkraft

Gravitationswellen können zudem indirekt nachgewiesen werden. Das gelang bereits in den 1970er-Jahren mithilfe zweier sich umkreisender Neutronensterne. Dafür erhielten Joseph H. Taylor und Russell Hulse 1993 den Physik-Nobelpreis. Die exakte Vermessung der Bahnparameter von Neutronendoppelsternen ermöglicht Präzisionstests der Allgemeinen Relativitätstheorie. Sie hat alle diese Überprüfungen bislang mit Bravour bestanden.

Auch als indirekte Gravitationswellendetektoren im wahrlich astronomischen Maßstab eignen sich Neutronensterne. Denn viele rotieren äußerst regelmäßig und rasch (manche häufiger als 500-mal pro Sekunde). Und sie emittieren oft Radiostrahlung, die ins All entweicht – vergleichbar mit sich drehenden Lichtkegeln von Leuchttürmen. Überstreicht ein solcher Radioschein regelmäßig die Erde, kann er als periodisches Blinken gemessen werden. Deshalb heißen solche Objekte Pulsare. (Das ist missverständlich, weil sie ja nicht pulsieren, obschon die Zu- und Abnahme ihrer Strahlung so anmutet.)

Pulsare fungieren als weit im All verstreute Präzisionsuhren, mit denen man große Entfernungen exakt bestimmen kann. Ändern sich diese Distanzen zur Erde sowie relativ zueinander geringfügig und auf eine charakteristische Weise, lässt das auf winzige, in der Summe jedoch merkliche Verzerrungen der Raumzeit schließen, wenn Gravitationswellen sie durchziehen. Das hat Steven Detweiler von der Yale University in New Haven, Connecticut, 1979 als Erster vorhergesagt. Ron W. Hellings und George S. Downs vom Jet Propulsion Laboratory im kalifornischen Pasadena haben diese Veränderungen 1983 mit einer Kurve beschrieben, die sich im Prinzip mit Messungen vergleichen lässt.

Das klingt äußerst kompliziert – und ist es auch. Dennoch versuchen mehrere internationale Forschungsteams seit vielen Jahren, solche Signale der Schwerkraft aufzuspüren: die Pulsar Timing Arrays (PTAs). Die Frequenzen liegen im Nanohertz-Bereich – also weit unterhalb der 10 bis 10.000 Hertz, für die LIGO und Virgo empfindlich sind.